[发明专利]地下水冰探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子行业雷达探测技术领域，尤其涉及一种利用冰晶体的各向异性导致雷达波在冰层中传播时会产生回波极化图形出现差别的原理的地下水冰探测方法。

背景技术

水或融水在低温下固结的冰称为水冰。在地球上，最常见的水冰是夏季瀑布变为冬季冰瀑布，其属于季节性冰壁。在地外天体如月球、火星上，也有大量水冰存在。据观测，月球北极发现拥有水冰的大量“水囊”，这为宇航员号无人探测器有可能进行的月球探测活动提供了另一个可供选择的研究区域。在宇宙天体上发现水冰是非常激动人心的发现，其可为未来参与月球登陆任务的宇航员提供自然资源。并可以融化后变成饮用水，或者分裂成氧气和氢气，为宇航员及火箭提供呼吸气体和燃料。

目前，对月球及深空地下水冰探测的方法为使用中子探测技术。该方法主要为通过判断氢元素的存在进而判定行星地下是否有水冰存在。该方法的原理是：由于氢核与中子质量相当，因此中子与氢核碰撞会损失很多能量，超热中子经过这种碰撞会迅速慢化成为热中子。假如行星某个区域富含氢，经过该区域的中子在逃离行星前会很快“冷却”，那么该区域上空的中子探测器会检测到超热中子通量的下降和热中子通量的增加。因此氢含量可以通过某种类型中子(如超热中子)的计数率或不同类型中子计数率的相对值来反映。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现：中子测量技术得到的中子谱并不能区分氢的不同化学形式，因此使用该方法并不能得到地下水冰存在的确切证据，并且不能确定水冰层厚度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种地下水冰探测方法，利用双极化测量技术来确定地球或天体上是否存在水冰以及水冰层厚度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种地下水冰探测方法。该地下水冰探测方法包括：步骤A，设置相互垂直的收发复用天线和接收天线；步骤B，由收发复用天线向探测位置地下发射线极化雷达波；步骤C，实时监测收发复用天线和接收天线；以及步骤D，如果收发复用天线和接收天线同时接收到回波，则表明该回波为椭圆极化波，探测位置地下具有水冰。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明地下水冰探测方法具有以下有益效果：

(1)设置相互垂直安装的收发复用天线和接收天线，收发复用天线向火星表面发射线极化波，如果收发复用天线和接收天线同时接收到回波，即接收到的回波为椭圆极化波，即可判定火星地下存在水冰，相比于现有技术中子测量技术，得到的结果准确性更高；

(2)分析同极化回波信号，得到雷达波在火星表面覆盖层中的传播延时τ_D1和雷达波在火星次表层中的传播延时τ_D2，进而求得火星表面覆盖层厚度Z₁和火星次表层，即水冰层的厚度Z₂。

附图说明

图1A为根据本发明实施例地下水冰探测方法的原理示意图；

图1B为根据本发明实施例地下水冰探测方法的流程图；

图2为本实施例仿真采用的天线安装示意图；

图3为本实施例仿真采用的坐标系示意图；

图4为采用本实施例方法仿真的同极化回波功率示意图；

图5为采用本实施例方法仿真的同极化回波功率示意图局部放大图；

图6为采用本实施例方法仿真的交叉极化回波功率示意图局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种利用双极化测量技术来确定接收到线极化波的方向、振幅、相位、空间位置特征进而确定天体上是否存在水冰以及水冰层厚度的地下水冰探测方法。